LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署下的移動(dòng)性問題分析

皮立儒 李海軍

【摘要】本文即在LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境下，著重分析了移動(dòng)性方面存在的幾個(gè)主要問題，并有針對性地提出了一些方向性的初步建議。

【關(guān)鍵詞】LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性

一、引言

近年來，隨著智能終端的普及，無線移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)由于頻譜效率、容量、時(shí)延等方面的技術(shù)限制，逐漸不再能滿足運(yùn)營商的業(yè)務(wù)發(fā)展要求。而面向4G的LTE網(wǎng)絡(luò)攜全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)性、技術(shù)先進(jìn)性及日益提高的產(chǎn)業(yè)成熟度，在全球的商業(yè)部署開始不斷升溫。在我國，雖然LTE網(wǎng)絡(luò)還沒有正式的商業(yè)部署，但大規(guī)模的試驗(yàn)網(wǎng)已經(jīng)開展，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證和新技術(shù)試驗(yàn)分析也已經(jīng)取得部分進(jìn)展。

同時(shí)，從3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)以及全球已部署LTE網(wǎng)絡(luò)的國家的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)依然體現(xiàn)出以商業(yè)活動(dòng)中心、家庭和辦公樓宇等人群聚集地為主要業(yè)務(wù)熱點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)容量和性能瓶頸的特性。針對這一特點(diǎn)，當(dāng)前最重要的實(shí)踐對策是通過大型宏基站提供廣覆蓋，而大量在熱點(diǎn)地區(qū)引入和部署小型以及超小型基站來實(shí)現(xiàn)區(qū)域業(yè)務(wù)的負(fù)荷分流，構(gòu)成所謂的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（HetNet），從而使容量、覆蓋、負(fù)荷與用戶速率、感受等各項(xiàng)性能指標(biāo)之間盡量達(dá)成平衡。

本文即在LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境下，著重分析了移動(dòng)性方面存在的幾個(gè)主要問題，并有針對性地提出了一些方向性的初步建議。

二、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的移動(dòng)性問題

本文所指的LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，主要指采用LTE技術(shù)的各種形態(tài)的基站（如傳統(tǒng)宏基站Macro eNB、小型基站Micro eNB和超小型基站Pico以及家庭基站HeNB/CSG）混合部署、共同提供無線覆蓋的網(wǎng)絡(luò)場景，如下圖1所示。

當(dāng)前，LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中面臨的移動(dòng)性問題，主要來源于商業(yè)部署和試驗(yàn)網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出的問題，同時(shí)，類似的問題也正在標(biāo)準(zhǔn)組織中討論[1]。具體而言，當(dāng)前，主要由下列問題，迫切需要引入新的思路來完善、優(yōu)化和解決。

2.1小小區(qū)的發(fā)現(xiàn)

當(dāng)前，LTE系統(tǒng)支持UE執(zhí)行鄰區(qū)測量，即網(wǎng)絡(luò)可以給UE配置相關(guān)的測量目標(biāo)和測量事件，包括同頻和異頻測量，當(dāng)UE發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果滿足相關(guān)的門限條件時(shí)（如本小區(qū)的信號較差同時(shí)鄰小區(qū)的信號較好），就上報(bào)測量結(jié)果給服務(wù)基站，以便服務(wù)基站及時(shí)根據(jù)測量結(jié)果執(zhí)行移動(dòng)性管理手段，比如，將UE切換到更合適的小區(qū)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，如上圖1所示，宏基站小區(qū)（宏小區(qū)）與小基站小區(qū)（小小區(qū)）共同覆蓋一些熱點(diǎn)區(qū)域，取決于運(yùn)營商的頻率規(guī)劃以及實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，宏小區(qū)與小小區(qū)這二者可能是同頻部署的，也可能是異頻部署的。此時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)的兩個(gè)問題。一個(gè)是UE對小小區(qū)的檢測的困難，這個(gè)問題主要是由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，同一個(gè)區(qū)域內(nèi)多個(gè)不同形態(tài)的基站信號的共同覆蓋下，無線環(huán)境相對復(fù)雜化，UE需要同時(shí)支持多個(gè)同頻/異頻小區(qū)的檢測，包括小區(qū)標(biāo)識的識別，測量的啟動(dòng)，異頻測量間隔（gap）的設(shè)計(jì)，測量結(jié)果的上報(bào)等等，都帶來了難度。

另外一個(gè)問題與切換有關(guān)，當(dāng)UE從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另外一個(gè)小區(qū)的過程中，網(wǎng)絡(luò)為UE發(fā)起的切換經(jīng)常過遲，導(dǎo)致切換失敗。這個(gè)問題的根源在于不同類型的小區(qū)的信號衰減特性不同，比如宏小區(qū)因?yàn)槭菑V覆蓋，覆蓋半徑較大，信號強(qiáng)度相對衰減較慢，而小小區(qū)只提供小范圍覆蓋，其信號在短距離內(nèi)急劇變化。這樣，當(dāng)UE起初在原小區(qū)信號一直較好，不足以達(dá)到測量上報(bào)門限條件，而當(dāng)UE達(dá)到測量結(jié)果上報(bào)條件時(shí)，往往為時(shí)已晚。

針對這個(gè)問題，當(dāng)前還沒有很好的解決方案。一個(gè)可能的辦法是：網(wǎng)絡(luò)針對UE處于不同的位置，并結(jié)合UE移動(dòng)方向上的小區(qū)類型（如宏小區(qū)或小小區(qū)），為UE的不同鄰區(qū)和頻點(diǎn)配置不同的測量門限。這一方法可以提高UE發(fā)現(xiàn)小小區(qū)的有效性，代價(jià)是為網(wǎng)絡(luò)的測量配置帶來了一些額外的復(fù)雜度。

2.2用戶移動(dòng)速度的估測

但是，這些標(biāo)準(zhǔn)化的UE移動(dòng)速度檢測方案存在著先天的不足，主要是：這些方案的設(shè)計(jì)都是基于宏小區(qū)模型，而不太適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景。具體而言，現(xiàn)有的方案中，假設(shè)的是各個(gè)小區(qū)的半徑大致上是可以比較的，是一個(gè)量級的，因而可以通過對單位時(shí)間發(fā)生的重選次數(shù)或切換次數(shù)來做粗略的評估。但在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，小區(qū)類型（小區(qū)尺寸）差別很大，于是，即使是勻速移動(dòng)的UE，在同樣的時(shí)間里，能夠穿過（即發(fā)生小區(qū)重選或者切換）的小小區(qū)數(shù)量和宏小區(qū)數(shù)量可能差異很大，這樣，估算UE的移動(dòng)速度時(shí)，也將會(huì)有非常大的差異。因?yàn)閁E的移動(dòng)速度被廣泛用于UE的移動(dòng)性程序中，涉及到移動(dòng)性測量中的相關(guān)偏置量和縮放因子的處理，進(jìn)而影響移動(dòng)性判決和移動(dòng)性能，因而，UE移動(dòng)速度的檢測在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景下必須盡量保持準(zhǔn)確，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中不同形態(tài)的小區(qū)的廣泛存在，使這一問題更加惡化。

針對這個(gè)問題，目前已經(jīng)提出的方法是：UE在估算移動(dòng)速度時(shí)，只計(jì)算與宏小區(qū)相關(guān)的重選和切換次數(shù)，而不計(jì)算小小區(qū)。但這個(gè)方法存在的問題是：當(dāng)UE較多在小小區(qū)中停留或者移動(dòng)時(shí)，相關(guān)的速度估算則明顯不準(zhǔn)確。一種可能的優(yōu)化方案是：在計(jì)算UE的重選或者切換次數(shù)時(shí)，UE對于宏小區(qū)和小小區(qū)分別計(jì)算出一個(gè)結(jié)果，然后將二者以一定的系數(shù)進(jìn)行耦合，得出一個(gè)綜合的結(jié)果。這一方法可以依據(jù)有效提升UE的移動(dòng)速度估計(jì)精度，從而提升移動(dòng)性能。

2.3無線鏈路的中斷與恢復(fù)

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景下，宏小區(qū)與小小區(qū)的重疊覆蓋，使得UE的無線環(huán)境復(fù)雜化。特別是如前所述的，小小區(qū)信號變化劇烈，UE對小小區(qū)的檢測和測量難度加大，切換判決的及時(shí)性和準(zhǔn)確度也受到嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致UE經(jīng)常發(fā)生無線鏈路中斷或切換失敗，進(jìn)而影響用戶使用體驗(yàn)。LTE現(xiàn)有技術(shù)對無線鏈路中斷已有一套機(jī)制，該機(jī)制主要依賴于網(wǎng)絡(luò)側(cè)。具體而言，當(dāng)UE發(fā)現(xiàn)無線鏈路由于種種原因發(fā)生了中斷，UE將啟動(dòng)無線鏈路重建過程，在這個(gè)過程中，UE將選擇信號較好的合適的小區(qū)，并向該小區(qū)發(fā)起鏈路重建請求，該小區(qū)收到UE的重建請求后，會(huì)判斷是否可以接納該UE（依據(jù)是否有該UE的先驗(yàn)信息），若可以接納，則為小區(qū)恢復(fù)無線鏈路。

如同上面的UE移動(dòng)速度估測一樣，這套機(jī)制也是以宏小區(qū)為基礎(chǔ)模型來設(shè)計(jì)的，其隱含的假設(shè)在于，UE發(fā)生鏈路中斷后，重新選擇的小區(qū)要么還是原來發(fā)生鏈路中斷的服務(wù)小區(qū)，要么是被原服務(wù)小區(qū)選作切換目標(biāo)的目標(biāo)小區(qū)，也即是相對確定的有先驗(yàn)信息小區(qū)。但在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景下，由于UE眾多小小區(qū)的存在以及各小小區(qū)無線信號在短距離內(nèi)的劇烈變化，導(dǎo)致UE重新選擇的小區(qū)可能是一個(gè)全新的小區(qū)，而該小區(qū)很可能由于沒有該UE的先驗(yàn)信息而拒絕UE的重建請求，致使UE回歸到空閑態(tài)，也就是用戶掉線。針對這個(gè)問題，一種可能的解決辦法是：網(wǎng)絡(luò)依據(jù)周邊區(qū)域其他小區(qū)的部署信息，結(jié)合用戶的移動(dòng)方向和移動(dòng)速度，提前將先驗(yàn)信息傳遞給UE移動(dòng)區(qū)域周邊的小區(qū)，從而，一旦UE發(fā)生無線鏈路中斷并發(fā)起小區(qū)選擇時(shí)，可以選擇一個(gè)信號較好且具有UE先驗(yàn)信息的小區(qū)，進(jìn)而，在UE發(fā)起鏈路重建時(shí)，該小區(qū)可以成功接納該UE并為UE恢復(fù)無線鏈路

2.3終端省電

眾所周知，隨著智能終端的功能日益強(qiáng)大，終端功耗也越來越大，相應(yīng)的，對省電的要求也越發(fā)重要而緊迫。終端的省電，一方面需要從UE本身使用各項(xiàng)業(yè)務(wù)的時(shí)間以及電池的容量方面去考慮，另外一個(gè)方面就是依據(jù)無線和移動(dòng)通信的特點(diǎn)從信令設(shè)計(jì)的角度來改善。對于LTE標(biāo)準(zhǔn)而言，自設(shè)計(jì)之初就考慮到了終端省電的要求，其中的一個(gè)重要設(shè)計(jì)就是DRX（非連續(xù)性接收），簡而言之，就是網(wǎng)絡(luò)為UE配置一套斷斷續(xù)續(xù)的激活和休眠時(shí)刻，讓UE盡可能多的處于休眠狀態(tài)而減少信號收發(fā)，從而降低無線功耗。在LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的場景下，DRX的設(shè)計(jì)面臨著進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。比如，由于眾多小小區(qū)和無線環(huán)境的復(fù)雜化，UE的測量要求可能增加，同時(shí)，對于測量結(jié)果上報(bào)的及時(shí)性和頻度也可能更高，這進(jìn)一步導(dǎo)致UE的移動(dòng)過程（小區(qū)重選和切換）發(fā)生得更加頻繁，這些都拉長了UE激活時(shí)間并相應(yīng)增加了功耗。此外，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下配置DRX參數(shù)時(shí)，UE還面臨著休眠時(shí)間的設(shè)置與UE測量報(bào)告觸發(fā)時(shí)間以及切換指令的折中。比如，當(dāng)前的測量報(bào)告觸發(fā)時(shí)間一般并不考慮DRX休眠時(shí)間的影響，但這些在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將不得不重新審視。從無線信令處理的角度而言，對于終端省電的處理，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，需要更仔細(xì)的考察DRX的配置與同頻/異頻測量以及切換指令之間的關(guān)系。這一關(guān)系，需要在實(shí)踐中，經(jīng)過大量的測試來形成基本的策略和基準(zhǔn)。

三、總結(jié)

隨著智能終端和移動(dòng)業(yè)務(wù)的日益占據(jù)通信主流，LTE網(wǎng)絡(luò)以其高性能設(shè)計(jì)和完善的產(chǎn)業(yè)成熟度終將成為下一代移動(dòng)寬帶的主要技術(shù)，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)作為滿足用戶業(yè)務(wù)熱點(diǎn)的一種低成本部署方式也將廣泛應(yīng)用。本文針對LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)性方面存在的幾個(gè)主要問題，做了初步的分析，并結(jié)合著現(xiàn)有技術(shù)給出了可行的進(jìn)一步優(yōu)化的建議方案，希望能夠?yàn)槲覈磳⒌絹淼腖TE商業(yè)部署提供一些借鑒和思路。

參考文獻(xiàn)

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